电流控制元件和使用其的非易失性存储元件制造技术

本发明专利技术提供一种电流控制元件（100），其为以覆盖形成于层间绝缘层（102）的导通孔（104）的下部开口（105）的方式形成的电流控制元件，该电流控制元件包括：腐蚀抑制层（106），其在导通孔的下部开口的下部以覆盖全部的下部开口的方式形成；第二电极层（108），其形成在腐蚀抑制层之下，并由与腐蚀抑制层不同的材料构成；电流控制层（110），其形成在第二电极层之下，并与第二电极层物理接触；和第一电极层（112），其形成在电流控制层之下，并与电流控制层物理接触，其中，由第一电极层、电流控制层和第二电极层构成MSM二极管和MIM二极管中的任一个。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及相对于施加电压具有双向的整流特性的电流控制元件、具有该电流控制元件的非易失性存储元件。
技术介绍
近年来，伴随着数字技术的不断发展，便携式信息设备、信息家电等电子设备进一步向高功能化发展。伴随着电子设备的高功能化，所使用的非易失性存储装置的大规模化、高度集成化、高速化也得以迅速发展，并且其用途也迅速扩大。其中，已提出将电阻变化元件配置为阵列状的形态的非易失性存储装置，并希望其不断大规模化、高度集成化、高速化。电阻变化元件包括只能写入一次的和能够反复写入的。能够反复写入的电阻变化元件有两种。一种是通过施加相同极性的两种电脉冲来产生从高电阻状态至低电阻状态的变化(以下称为低电阻化)和从低电阻状态至高电阻状态的变化(以下称为高电阻化)的电阻变化元件，这种一般被称为单极(unipolar)型(或monopolar型)的电阻变化元件。另一种是通过施加不同极性的两种电脉冲来产生低电阻化和高电阻化的电阻变化元件，这种一般被称为双极型的电阻变化元件。在将电阻元件配置为阵列状的存储装置中，一般在电阻变化元件上串联连接晶体管、整流元件等电流控制元件，通过防止迂回电流所致的写入干扰和相邻的存储单元间的串扰等，来实现可靠的存储动作。一般来说，单极型的电阻变化元件为了进行高电阻化和低电阻化，能够利用同极性且不同大小的两种电压。当作为电流控制元件使用二极管时，能够利用单向型的二极管(在一个方向的电压极性中，具有非线性的电压电流特性(开关特性)的二极管，本质上仅在一个方向使电流流过的二极管)。因此，能够使包括电阻变化元件和电流控制元件的存储单元的结构简化。但是，单极型的电阻变化元件在复位(高电阻化)时存在电脉冲的脉冲宽度大、动作速度变慢的问题。另一方面，双极型的电阻变化元件能够在高电阻化和低电阻化的两种状态下利用脉冲宽度短的电脉冲，与单极型的电阻变化元件相比具有能够高速动作的优点。但是，为了进行高电阻化和低电阻化，需要利用极性不同的两种电压。当作为电流控制元件利用二极管时，需要双向型的二极管(在两个方向的电压极性中，具有非线性的电压电流特性(开关特性)的二极管，能够在两个方向使电流流过的二极管)。专利文献I公开了一种交叉点(crosspoint)型的存储装置，该存储装置具有作为电流控制元件将双向型的二极管(以下也称为“双向二极管”)与电阻变化元件串联连接的存储单元。作为双向型(双极型)的二极管，例如已知有MIM 二极管(Metal-1nsulator-Metal:金属-绝缘体-金属)、MSM 二极管(Metal-Semiconductor-Metal:金属_半导体-金属)、如专利文献I所示的变阻器(varistor)。图14是一般的双向二极管的电压电流特性图。下面参照图14说明双向二极管的特性和所希望的性能。MIM 二极管、MSM 二极管、变阻器等双向二极管表现为非线性的电压电流特性，通过使插入电极材料或电极间的材料最优化，能够在本质上使电压电流特性对称化。即，能够实现针对正的施加电压的电流的变化和针对负的施加电压的电流的变化关于原点O本质上构成点对称的双向二极管。在双向二极管中，在施加电压为第一临界电压(图14中的范围A的下限电压)以下且第二临界电压(图14中的范围B的上限电压)以上的范围(也就是图14中的范围C)，电阻非常高，超过第一临界电压，或者，低于第二临界电压时，电阻急剧下降。即，这些二端子元件在施加电压为第二临界电压以上且第一临界电压以下时几乎不使电流流过，在施加电压超过第一临界电压或低于第二临界电压时使大电流流过，具有非线性的电阻特性(整流特性)。因此，通过将双向型的二极管串联连接至电阻变化元件构成存储单元，能够实现进行双极动作的高速的交叉点型的非易失性存储装置。然而，在电阻变化型的存储装置中，通过在电阻变化元件上施加电脉冲来使电阻变化元件高电阻化或低电阻化，并通过使各个电阻状态与各数据(例如O和I)对应，将数据写入到电阻变化元件。此时，通常需要使电阻变化元件流过较大的电流。以下，将使电阻变化元件高电阻化或低电阻化所需的电流称为电阻变化电流。例如，在专利文献I中公开的存储装置中，当向电阻变化元件写入数据时，使作为双向二极管的变阻器以30000A/cm2(在0.8μπιΧ0.8μπι的电极面积下约为200 μ Α)以上的电流密度流过电流。在电阻变化型的存储装置中使用的双向二极管要求具有使大于电阻变化电流的电流流过的能力(允许电流)。当双向二极管的允许电流不满足电阻变化电流时，元件的低电阻状态不发生变化，构成动作不良的原因。即，当向电阻变化元件写入或读出数据时，需要所选择的存储单元使用图14的范围A或B (双向二极管的ON状态)，同时未被选择的存储单元则利用范围C (双向二极管的OFF状态)来抑制泄漏电流(OFF电流)。如果不能充分抑制泄漏电流，则对所选择的存储单元的数据写入或读出会不能正常地进行。专利文献2公开了双向肖特基二极管(Schottky diode),其半导体层由非晶娃、多晶硅、InOx, ZnO等材料形成，并且与半导体层形成肖特基接触的电极由Pt、Au、Ag、TiN、Ta、Ru、TaN等贵金属或金属化合物以及类似的材料形成。先行技术文献专利文献专利文献1:日本特开2006-203098号公报专利文献2:日本特开2007-158325号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，在现有的双向肖特基二极管中，在实际制造时，电压电流特性存在各个二极管之间变得参差不齐、发生低电流不良元件的问题。在正常的元件中，当施加2V电压时，流过约100 μ A左右的电流，但是在不良元件中，当施加2V电压时，仅流过InA左右的电流。若像这样元件间的参差不齐较大，产生电流驱动能力低的元件，则在作为模块装入电阻变化型存储装置时，在与电流驱动能力低的二极管元件连接的电阻变化元件中，电阻状态不发生变化，发生元件的动作不良。本专利技术是应对所述课题而开发的，其目的在于，在能够用于电阻变化型的非易失性存储装置的双向型的电流控制元件(对于施加电压具有良好的双向性的整流特性的元件)和使用其的非易失性存储元件或非易失性存储装置中，抑制电压电流特性在各个电流控制元件之间变得参差不齐的问题。用于解决课题的方法本专利技术人为了解决上述课题尤其是在允许电流大的双向二极管中，电压电流特性在各个二极管之间变得参差不齐的问题，进行了专心研究。结果发现，由于在制造工序中二极管的电极受到腐蚀，双向二极管的电压电流特性变得参差不齐，产生电流驱动能力低的元件。因此，通过例如在形成在导通孔(via hole)内部的接触栓(contact plug:接触式插塞)的下表面和二极管的上部电极之间，设置导电性的腐蚀抑制层，能够抑制特性的参差不齐。即，为了解决上述的课题，本专利技术的电流控制元件的制造方法包括:形成下部配线的步骤；以与下部配线电连接的方式形成第一电极层的步骤；在第一电极层之上，以与第一电极层物理接触的方式形成电流控制层的步骤；在电流控制层之上，以与电流控制层物理接触的方式形成第二电极层的步骤；在第二电极层之上，由与第二电极层不同的材料形成腐蚀抑制层的步骤；以覆盖腐蚀抑制层、第二电极层、电流控制层和第一电极层的方式形成层间绝缘层的步骤；在层间绝缘层中，以下部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.17 JP 2010-2092741.一种电流控制元件的制造方法，其特征在于，包括: 形成下部配线的步骤； 以与所述下部配线电连接的方式形成第一电极层的步骤； 在所述第一电极层之上，以与所述第一电极层物理接触的方式形成电流控制层的步骤； 在所述电流控制层之上，以与所述电流控制层物理接触的方式形成第二电极层的步骤； 在所述第二电极层之上，由与所述第二电极层不同的材料形成腐蚀抑制层的步骤； 以覆盖所述腐蚀抑制层、第二电极层、电流控制层和第一电极层的方式形成层间绝缘层的步骤； 在所述层间绝缘层中，以下部开口全部在所述腐蚀抑制层上开口的方式形成导通孔的步骤；和 用含有水的洗净液将所述导通孔的内部洗净的步骤。2.一种电流控制元件的制造方法，其特征在于，包括: 形成下部配线的步骤； 以与所述下部配线电连接的方式形成第一电极层的步骤； 在所述第一电极层之上，以与所述第一电极层物理接触的方式形成电流控制层的步骤； 在所述电流控制层之上，以与所述电流控制层物理接触的方式形成第二电极层的步骤； 在所述第二电极层之上，由与所述第二电极层不同的材料形成腐蚀抑制层的步骤； 以覆盖所述腐蚀抑制层、第二电极层、电流控制层和第一电极层的方式形成层间绝缘层的步骤； 在所述层间绝缘层中，以在下部开口所述腐蚀抑制层露出、第二电极层不露出的方式形成槽的步骤；和 用含有水的洗净液将所述槽的内部洗净的步骤。3.按权利要求1所述的电流控制元件的制造方法，其特征在于: 形成所述导通孔的步骤是，以从所述层间绝缘层的厚度方向观察，所述腐蚀抑制层在所述导通孔的下部开口的整个外周向外侧伸出的方式形成导通孔的步骤。4.按权利要求1或2所述的电流控制元件的制造方法，其特征在于: 形成所述腐蚀抑制层的步骤是，由具有比构成所述第二电极层的材料的标准电极电位高的标准电极电位的材料形成腐蚀抑制层的步骤。5.按权利要求1或2所述的电流控制元件的制造方法，其特征在于: 形成所述腐蚀抑制层的步骤是，由具有O以上的标准电极电位的材料形成腐蚀抑制层的步骤。6.按权利要求1或2所述的电流控制元件的制造方法，其特征在于: 形成所述腐蚀抑制层的步骤是，由贵金属形成腐蚀抑制层的步骤。7.按权利要求1或2所述的电流控制元件的制造方法，其特征在于: 形成所述腐蚀抑制层的步骤是，由具有导电性的金属氧化物形成腐蚀抑制层的步骤。8.按权利要求1或2所述的电流控制元件的制造方法，其特征在于: 形成所述第一电极层的步骤是，由选自氮化钽、氮化钛、钨和金属氧化物中的至少一种材料形成第一电极层的步骤； 形成所述电流控制层的步骤是，由氮化硅形成电流控制层的步骤； 形成所述第二电极层的步骤是，由选自氮化钽、氮化钛、钨和金属氧化物中的至少一种材料形成第一电极层的步骤。9.一种非易失性存储元件的制造方法，其特征在于，包括:通过权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫永良子，三河巧，早川幸夫，二宫健生，有田浩二，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：